đồ án nghiên cứu kỹ thuật lạnh

- Với tốc độ phát triển ngày càng nhanh và đòi hỏi ngàycàng cao của ngành công nghiệp thực phẩm, kỹ thuậtlạnh lại thể hiện được tính ưu việt của mình trong quá trìnhbảo quản lạnh cũng nh

LỜI MỞ ĐẦU

- Kỹ thuật lạnh là một ngành được phát triển trên 100 nămnay Ngay từ những ngày đầu mới phát triển, các nhàkhoa học đã thấy được tính ưu việt và khả năng ứng dụngrộng rãi vào đời sống con người trong rất nhiều lĩnh vựcnhư: điều hòa không khí, bảo quản lạnh và lạnh đông thựcphẩm và rất nhiều ngành kỹ thuật khác có liên quan

- Với tốc độ phát triển ngày càng nhanh và đòi hỏi ngàycàng cao của ngành công nghiệp thực phẩm, kỹ thuậtlạnh lại thể hiện được tính ưu việt của mình trong quá trìnhbảo quản lạnh cũng như bảo quản lạnh đông thực phẩm,góp phần làm cho nguyên liệu thực phẩm sau khi được thuhái, đánh bắt có thể được bảo quản với thời gian lâuhơn mà chất lượng thì gần như không đổi

- Cùng với sự phát triển kinh tế thì nhu cầu giao lưu thươngmại giữa các nơi cũng ngày càng phát triển Để phục vụtốt cho việc giao lưu hàng hóa trong nước và ngoài nước,đặc biệt là đối với các sản phẩm lạnh đông, thì cầnphải có các phương tiện vận tải lạnh Được sử dụng rộngrãi nhất hiện nay là tàu thủy, tàu hỏa, ôtô và containerlạnh Những phương tiện này chính là cầu nối quan trọngcủa dây chuyền lạnh nối liền từ nơi sản xuất chế biếntới nơi bảo quản, trung chuyển, phân phối và tiêu dùng,không những góp phần làm cho sản phẩm được phânphối đều, rộng khắp mà còn là yếu tố quan trọng pháttriển nền kinh tế

- Đối với tàu thủy là phương tiện duy nhất, kinh tế nhấttrong việc vận chuyển sản phẩm lạnh và đông lạnh giữacác châu lục Cũng nhờ có tàu thủy mà có thể đánhbắt hải sản lâu ngày trên biển

- Trên đất liền, giữa các địa điểm có đường sắt nối liềnthì vận chuyển lạnh bằng tàu hỏa là kinh tế nhất nhưngthực tế khối lượng vận chuyển phải lớn mới kinh tế

- Trên các đoạn đường không có đường sắt, giữa các kholạnh phân phối và tiêu dùng hoặc giữa nơi đánh bắt vàchế biến thì vận chuyển bằng ôtô và container là kinh tếnhất và tiện lợi nhất

TỔNG QUAN

I.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔI CHẤT LẠNH:

I.1.1 Định nghĩa môi chất lạnh:

- Môi chất lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trìnhnhiệt động ngược chiều để bơm một dòng nhiệt từ mộtmôi trường có nhiệt độ thấp đến một môi trường kháccó nhiệt độ cao hơn

- Môi chất tuần hoàn được trong hệ thống là nhờ quá trìnhnén hơi Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của môi trườngcó nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở áp suất thấpvà nhiệt độ thấp còn quá trình thải nhiệt ra môi trườngcó nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao vànhiệt độ cao

I.1.2 Yêu cầu đối với môi chất lạnh:

I.1.2.1 Tính chất hóa học:

- Không có hại với môi trường, không làm ô nhiễm môitrường

- Phải bền vững về hóa học trong phạm vi áp suất vànhiệt độ làm việc, không được phân hủy hoặc polimehóa

- Phải trơ hóa học, không ăn mòn các vật liệu chế tạomáy, không phản ứng với dầu bôi trơn, oxy trong không khívà hơi ẩm

- An toàn, không cháy và không nổ

I.1.2.2 Tính chất vật lý:

- Áp suất ngưng tụ không được quá cao để làm rò rỉ môichất, giảm chiều dày vách thiết bị và giảm nguy hiểm dovỡ, nổ

- Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn ápsuất khí quyển chút ít để hệ thống không bị chân không,tránh rò lọt không khí vào hệ thống

- Nhiệt độ đông đặc phải lớn hơn nhiệt độ bay hơi nhiều

- Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều

- Nhiệt ẩn hóa hơi r và nhiệt dung riêng c của môi chấtlỏng càng lớn, càng tốt nhưng chúng không đóng vai tròquan trọng trong việc đánh giá chất lượng môi chất lạnh.Nhiệt ẩn hóa hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàntrong hệ thống càng nhỏ và năng suất lạnh riêng khốilượng càng lớn

ChươngI

- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt vì máynén và thiết bị gọn nhẹ.

- Độ nhớt động càng nhỏ càng tốt vì tổn thất áp suấttrên đường ống và các van giảm

- Hệ số dẫn nhiệt l, hệ số tỏa nhiệt a càng lớn càng tốt

vì thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ hơn

- Sự hòa tan dầu của môi chất cũng đóng vai trò quantrọng trong sự vận hành và bố trí thiết bị Môi chất hòatan dầu hoàn toàn có ưu điểm là quá trình bôi trơn tốthơn, các thiết bị trao đổi nhiệt luôn được rửa sạch lớpdầu bám, quá trình trao đổi nhiệt tốt hơn, nhưng có nhượcđiểm là có thể làm giảm độ nhớt của dầu và tăngnhiệt độ bay hơi nếu tỉ lệ dầu trong môi chất lạnh lỏng

ở dàn bay hơi tăng Môi chất không hòa tan dầu có nhượcđiểm là quá trình bôi trơn khó thực hiện hơn, lớp dầubám trên thành thiết bị và lớp trở nhiệt cản trở quátrình trao đổi nhiệt…ưu điểm của nó là không làm giảmđộ nhớt dầu, không bị tăng nhiệt độ sôi…

- Môi chất hòa tan nước càng nhiều càng tốt vì tránh đượctắc ẩm cho van tiết lưu

- Phải không dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kínvà nửa kín

I.1.2.3 Tính chất sinh lý:

- Không được độc hại với người và cơ thể sống, không gâyphản ứng với cơ quan hô hấp, không tạo các khí độc hạikhi tiếp xúc với ngọn lửa hàn và vật liệu chế tạo máy

- Phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện rò rỉ vàcó biện pháp phòng tránh, an toàn Nếu môi chất khôngcó mùi, có thể pha thêm chất có mùi vào để nhận biếtnếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình lạnh

- Không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng bảo quản

I.1.2.4 Tính kinh tế:

- Giá thành phải rẻ, tuy nhiên phải đảm bảo độ tinh khiếtyêu cầu

- Dễ kiếm, nghĩa là việc sản xuất, vận chuyển, bảo quảndễ dàng

I.1.3 Lựa chọn môi chất lạnh:

- Từ những yêu cầu cần đạt được của một môi chất lạnhtrong chu trình lạnh, ta chọn môi chất lạnh R22 (công thứchóa học: CHClF2) với các đặc điểm như sau:

o Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển: -40,80C

o Không ăn mòn các kim loại và phi kim chế tạo máy

o Thuộc loại môi chất an toàn cháy nổ và không độchại

I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT:

- Vật liệu cách nhiệt có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổnthất từ ngoài môi trườn có nhiệt độ cao vào phòng lạnhcó nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che

- Yêu cầu của vật liệu cách nhiệt:

o Hệ số dẫn nhiệt nhỏ

o Khối lượng riêng nhỏ

o Độ thấm hơi nước nhỏ

o Độ bền cơ học và độ dẻo cao

o Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vậtliệu

o Không cháy hoặc không dễ cháy

o Không bắt mùi và không có mùi lạ

o Không gây nấm mốc và phát sinh vi sinh vật

o Không gây độc hại đối với sức khỏe con người

o Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển, lắp ráp, sửachữa…

o Gia công dễ dàng

- Trên thực tế không có vật liệu cách nhiệt lý tưởng(thỏa các yêu cầu trên), do đó khi chọn vật liệu cáchnhiệt cần phải lợi dụng triệt để ưu điểm và hạn chế đếnmức thấp nhất nhược điểm trong từng trường hợp ứngdụng cụ thể

- Các vật liệu cách nhiệt từ các chất hữu cơ nhân tạođược sử dụng rất nhiều, chúng có tính cách nhiệt tốt như:polystirol, polyurethan, polyethilen…

- Hiện nay polystirol và polyurethan được sử dụng rộng rãi đểcách nhiệt cho các buồng lạnh có nhiệt độ đến -1800C.Thường bọt polystirol bị cháy nhưng cũng có loại khôngcháy do trộn các loại phụ gia chống cháy Polyurethan có ưuđiểm lớn hơn là tạo bọt mà không cần gia nhiệt nên dễdàng tạo bọt trong các thể tích rỗng hoặc giữa các tấmcách ẩm Chính vì vậy mà polyurethan được sử dụng đểcách nhiệt đường ống, tủ lạnh gia đình và thương nghiệp,ôtô Do đó, ta chọn polyurethan làm vật liệu cách nhiệtcho thùng bảo ôn vì có những ưu điểm nêu trên

I.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH ẨM:

- Ẩm có thể xâm nhập vào thùng bảo ôn bằng các conđường:

o Mưa rơi trên bề mặt ngoài

o Do vật liệu xây dựng của thùng bảo ôn có khảnăng hút ẩm của không khí

o Do nước trong không khí ngưng tụ trên bề mặt ngoài

- Không khí là hỗn hợp của O2, N2, khí trơ và hơi nước Nhiệtđộ không khí càng cao thì áp suất riêng phần của hơinước càng tăng nên áp suất riêng phần của hơi nướcbên ngoài thùng bảo ôn sẽ lớn hơn trong thùng bảo ôn.Từ đó hơi nước có xu hướng luôn thâm nhập vào bên

trong lớp cách nhiệt và do đó sẽ tăng tổn thất lạnhđồng thời làm cho vật liệu cách nhiệt mau hư hỏng.

- Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bị ẩm ướt bằng cáchphủ lên mặt ngoài của vật liệu cách nhiệt 1 lớp như:bitum, keo, nhũ tương bitum, giấy dầu…Ta chọn bitum là lớpcách ẩm phủ lên bề mặt ngoài của lớp polyurethan vềphía nhiệt độ cao hơn

I.4 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

- Hệ thống lạnh với máy lạnh nén hơi một cấp , dàn lạnhbay hơi trực tiếp làm lạnh sản phẩm nhờ dàn quạt đối lưucưỡng bức Các chi tiết thiết bị trong hệ thống lạnh gồmcó:

o Thiết bị hồi nhiệt

o Bình tách lỏng

o Van tiết lưu

o Rơle nhiệt độ

o Rơle áp suất thấp

o Rơle áp suất cao

o Bình chứa cao áp

o Phin sấy lọc

o Mắt ga

I.4.1 Giới thiệu sơ lược về các thiết bị, chức năng và sự bố trí trong hệ thống:

- Máy nén: dùng máy nén nửa kín do Nga sản xuất.

- Thiết bị bốc hơi: là loại thiết bị bốc hơi trực tiếp (loại

chùm ống có cánh), đối lưu cưỡng bức nhờ quạt gió.Quạt hoạt động nhờ sự truyền động của động cơ diesel quađai truyền

- Thiết bị ngưng tụ: là loại chùm ống có cánh đối lưu

cưỡng bức nhờ quạt gió, hoạt động nhờ sự truyền độngcủa động cơ diesel qua đai truyền

- Thiết bị hồi nhiệt: là loại ống xoắn ruột gà lồng trong

ống nhằm quá nhiệt hơi hút ra khỏi giàn lạnh và quálạnh tác nhân lạnh trước tiết lưu giúp nâng cao hiệu quảnhiệt động học của chu trình lạnh

- Bình tách lỏng: được lắp trên đường hơi hút về máy

nén trước thiết bị hồi nhiệt để bảo đảm hành trình khôcho máy nén và tiết lưu được lượng tác nhân nhiều nhất

- Van tiết lưu: hệ thống dùng van tiết lưu nhiệt tự động

dựa trên sự cảm ứng nhiệt độ của hơi ra khỏi thiết bịbốc hơi

- Bình chứa cao áp: được bố trí về phía cao áp sau thiết bị

ngưng tụ để chứa lỏng tác nhân lạnh sau ngưng tụ nhằmgiải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưng tụ đồngthời dự trữ một lượng lỏng đảm bảo cho sự hoạt động bìnhthường của hệ thống

- Phin sấy lọc: được bố trí trên đường ống dẫn lỏng trước

tiết lưu và trên đường dẫn hơi về máy nén nhằm loại ẩmvà các tinh thể đá tạo thành, tránh hiện tượng tắc ẩmcho van tiết lưu và ẩm xâm nhập vào máy nén

- Mắt ga: được bố trí trên đường dẫn lỏng sau bình chứa cao

áp để kiểm tra lượng lỏng trong hệ thống

- Rơle nhiệt độ: có nhiệm vụ điều khiển tự động quá trình

đóng mở cho hệ thống hoạt động hoặc ngưng hoạt độngnhằm ổn định nhiệt độ làm lạnh theo giá trị định trước

I.4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

- Hơi tác nhân lạnh ra khỏi dàn lạnh vào bình tách lỏng đểtách các giọt lỏng bị lôi cuốn theo Phần lỏng tách đượcnày lại tiếp tục được tiết lưu để sinh lạnh, phần hơi đượcqua bình hồi nhiệt để nâng nhiệt độ hơi thành hơi quánhiệt Hơi quá nhiệt sau đó được hút về máy nén vàđược nén lên đến áp suất ngưng tụ qua thiết bị ngưng tụ,ngưng tụ lại thành lỏng rồi được dẫn vào bình chứa cao áp.Lỏng từ bình chứa cao áp qua bình hồi nhiệt để quá lạnhtác nhân lạnh lỏng, qua phin sấy lọc rồi qua van tiết lưu đểtiết lưu giảm áp và sôi trong dàn lạnh Tác nhân lạnh sôisẽ thu nhiệt của sản phẩm cần làm lạnh và trở thànhhơi đi ra ngoài

- Khi nhiệt độ thùng xe hạ xuống dưới mứa quy định thì rơlenhiệt độ sẽ ngắt mạch bộ ly hợp từ tính của máy nén,máy nén sẽ chạy không tải Sau một khoảng thời giannhiệt độ trong thùng xe tăng, rơle nhiệt độ lại đóng mạchbộ ly hợp từ tính của máy nén cho hệ thống hoạt độngtrở lại bình thường

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh của xe được mô tả trên

sơ đồ sau:

TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM

II.1 XÁC ĐỊNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT:

II.1.1 Kết cấu trần:

- Trần của thùng bảo ôn có kết cấu như sau:

o Lớp cách nhiệt có bề dày: δCN

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: δ2

o Hai lớp nhôm bọc bên ngoài bảo vệ có chiều dày:

δ1

- Để đảm bảo cho kết cấu được vững chắc, có những thanhgỗ tăng cứng và liên kết giữa lớp nhôm bên trong vàlớp bên ngoài

- Tổng bề dày của kết cấu trần thùng xe bảo ôn được chotrong bảng sau (với δ1 và δ2 tự chọn):

ST

(W/mK)

1 Lớp nhôm bảo vệ 0,001 203,8

2 Lớp Bitum cách ẩm 0,003 0,18

3 Lớp polyurethan cách

−

tr i

i ng

CN CN

δα

λ

λCN: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, W/mKK: hệ số truyền nhiệt của các vách bao che thùngbảo ôn, W/m2K Trong khoảng nhiệt độ của thùng bảoôn từ -300C đến -180C thì chọn K cho phép = 0,4 W/m2K

δi, λi: bề dày (m) và hệ số dẫn nhiệt (W/mK) của cáclớp cách ly (trừ lớp cách nhiệt)

αng: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt ngoàicủa vách bao che, W/m2K

αtr: hệ số tỏa nhiệt từ mặt ngoài của vách bao cheđến không khí trong thùng bảo ôn, W/m2K

Chọn αtr = 8 (W/m2K)

αng được tính theo công thức sau:

ω

αng =4,9+15,1

ω: vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s

Chọn ω = 45km/h = 12,5 m/s, thế vào công thức tacó:

3585121159

,,

,,,

180

00308

18203

0020358

140

10325

- Chọn δCN = 0,1 (m) = 10 (cm) Bọt polyurethan sẽ được phun vàokhoảng trống giữa hai lớp nhôm bảo vệ sao cho đạt bềdày tính toán

- Như vậy: tổng bề dày kết cấu của trần thùng bảo ônlà:

- Bề dầy lớp cách nhiệt δCN được tính theo công thức tươngtự như công thức (*) ở trên:

−

tr i

i ng

CN

δα

λ

)(,,

,,

,,,

180

00308

18203

0020358

140

10325

o Lớp cách nhiệt có bề dày: δCN

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: δ2

o Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: δ1

- Sàn thùng bảo ôn có kết cấu như sau:

o Lớp cách nhiệt có bề dày: δCN

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: δ2

o Hai lớp thép không rỉ có chiều dày: δ3

o Hai lớp nhôm bảo vệ bên ngoài có chiều dày: δ1

- Lớp nhôm bảo vệ bên trong của thùng bảo ôn có dạngsóng vuông để tăng khả năng chịu lực đồng thời giúpthoát nước dễ dàng Để tăng cứng và khả năng chịu lựccho thùng, ta lắp thêm các thanh gỗ chịu lực và liên kết

−

tr i

i ng

CN CN

δα

λ

)(,,

,,

,,

,,,

8203

0020180

00308

1716

0020358

140

10325

tổng kết cấu bao che chọn theo phần kết cấu có chiềudày lớn nhất Như vậy, chọn chiều dày của kết cấu baoche thùng bảo ôn δ = 0,107 (m).

II.2 TÍNH KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG:

- Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che ở trên đượcxác định lại bằng công thức như sau:

++

++

=

++

+

=

∑

K m W

K

tr i

i CN

CN ng th

2

3108203

00208

1180

0030716

002003250

103581

1

11

1

,,

,,

,,

,,

,,

αλ

δλ

δα

Như vậy: Kth < Kcho phép = 0,4 (W/m2K)

- Kết cấu phải đảm bảo không đọng sương ở vách ngoàikết cấu bao che Để đảm bảo không đọng sương, hệ sốtruyền nhiệt thực của kết cấu bao che phải thỏa điềukiện:

đs tr ng

S ng ng

t t

t t

tng: nhiệt độ không khí bên ngoài thùng bảo ôn, 0C

ttr: nhiệt độ không khí bên trong thùng bảo ôn, 0C

ts: nhiệt độ điểm sương của không khí bên ngoài, 0C

ts được xác định dựa vào nhiệt độ không khí bênngoài và độ ẩm trung bình Ta có các thông số khítượng tại Thành phố Hồ Chí Minh như sau:

+ Nhiệt độ tuyệt đối: ttđ = 400C+ Nhiệt độ tối cao trung bình tháng nóng nhất: ttc

= 340C

372

3440

2+ = + =

= tđ tc kk

t t

+ Độ ẩm trung bình: ϕtb = 75%

- Từ tkk = 370C và ϕtb = 75%, dùng giản đồ I_d của không khíẩm ta sẽ xác định được ts = 29,50C

Thế vào công thức ta có:

02841837

333735895

)(,

Như vậy: Kthực < Kđọng sương (0,31 < 4,028)

Vách ngoài của kết cấu bao che không bị đọng sương

 Kết cấu bao che của thùng bảo ôn với K = 0,31(W/m2K) và

δ = 0,107 (m) là hợp lý và có thể sử dụng để tính toáncho các bước tiếp theo

TÍNH TOÁN NHIỆT THÙNG BẢO ÔN

- Tính nhiệt của thùng bảo ôn là tính toán các dòng nhiệttừ môi trường bên ngoài đi vào thùng bảo ôn Đây chínhlà dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ côngsuất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sựchênh lệch nhiệt độ ổn định giữa thùng bảo ôn vàkhông khí bên ngoài

- Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt thùng bảo ônlà để xác định năng suất của máy lạnh cần lắp đặt

III.1 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỦA CÁC KẾT CẤU BAO CHE:

- Để tiện cho việc tính toán và phù hợp với thực tế, ta chọncá làm sản phẩm đại diện sẽ được vận chuyển và bảoquản trong thùng bảo ôn

- Phụ tải thể tích thực tế của cá: qv = 0,4 tấn/m3

- Thể tích chứa sản phẩm của thùng bảo ôn:

v sp

5,,

5

12 ,,

946,

III.2 TÍNH

TỔNG TỔN THẤT NHIỆT CỦA THÙNG BẢO ÔN:

- Dòng nhiệt tổn thất vào thùng bảo ôn Q được xác địnhbằng biểu thức:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Q1: tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh, W

Q2: tổn thất lạnh làm lạnh sản phẩm, W

Q3: tổn thất lạnh để thông gió, W

Q4: tổn thất lạnh trong vận hành, W

- Vì chức năng chính của xe lạnh là vận chuyển và bảoquản trong khi vận chuyển các sản phẩm đã được làmlạnh đông từ trước nên ta có thể xem Q2 = 0 tức làkhông tính đến tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm

- Đối với các sản phẩm rau quả thì cần tổn thất lạnh đểthông gió còn các sản phẩm thịt cá thì không cần thiết.Như vậy Q3 = 0

- Tổng tổn thất lạnh thực tế cần phải tính toán cho thùngbảo ôn là:

Q = Q1 + Q4, W

III.2.1 Tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh Q 1 :

Q1 = Q1' + Q1'' + Q1''', W

Q1': tổn thất lạnh qua các vách và mái, W

Q1'': tổn thất lạnh qua sàn, W

Q1''': tổn thất lạnh do bức xạ, W

 Tổn thất lạnh qua các vách Q 1 ':

Q1' = K.FV (tng - ttr)

K: hệ số truyền nhiệt của vách và mái, W/mK

FV: diện tích tính toán của các vách và mái, m2

n t

K: hệ số truyền nhiệt của sàn, W/mK

FV: diện tích tính toán của sàn, m2

n t

10 , = ,

=

⇒F V x (m2)

Q1'' = 0,31 x 10,74 x (37 + 18) = 183,117 (W)

 Tổn thất lạnh do bức xạ Q 1 ''':

K: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, W/m2K

- Q1''' chỉ tính cho mái trên của thùng bảo ôn và phầnvách có diện tích lớn nhất của thùng xe Chọn vách có Fn

= 5,214 x 2,214 = 11,544 (m2) ở hướng Đông (hoặc Tây) có

θb = 30C = 3 + 273 = 278,3 (K) ứng với vách có màu sángtrắng và θb = 5,30C = 5,3 +273 = 278,3 (K) đối với mái bằng.Vậy Q1''' = 0,31 x (10,74 x 276 + 10,74 x 278,3) = 1845,5 (W)

III.2.2 Tổn thất lạnh trong vận hành Q 4 :

- Tính tổn thất lạnh trong vận hành do vận hành quạt gió ởdàn lạnh để đối lưu cưỡng bức dòng không khí, phânphối đều không khí lạnh trong thùng bảo ôn

Q4 = β.Q1 [2]

- Đối với phòng có nhiệt độ từ -5 đến -200C thì chọn β = 0,3.Vậy Q4 = 0,3 x (700,755 + 183,117 + 1845,5) = 818,8 (W)

 Kết quả tính toán tổng tổn thất lạnh cho thùng bảo ôn được tổng hợp trong bảng sau:

1 Tổn thất qua vách và mái Q1' 700,755

2 Tổn thất qua sàn Q1'' 183,117

3 Tổn thất do bức xạ Q1''' 1845,5

4 Tổn thất do vận hành Q4 818,8

- Khi tác nhân lạnh vận chuyển trong hệ thống sẽ bị tổnthất thêm 1 phần nữa, năng suất lạnh Q0 được tính như sau:

b

Q k

0

23548071

TÍNH CHỌN MÁY NÉN

IV.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC:

IV.1.1 Xác định nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân:

- Dàn ngưng trong hệ thống lạnh của thùng bảo ôn đượcgiải nhiệt bằng không khí để tận dụng không khí có sẵnngoài trời trong quá trình di chuyển và giảm được côngchuyên chở thùng chứa nước và thiết bị làm mát nướcgiải nhiệt nếu dàn ngưng được giải nhiệt bằng nước

- Nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân dùng không khí giảinhiệt được xác định bằng công thức:

tk = tkkra + ∆tk

tk: nhiệt độ ngưng tụ của hơi tác nhân, 0C

tkkra: nhiệt độ không khí ra khỏi bình ngưng, 0C

∆tk: hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh ngưngtụ và không khí giải nhiệt ∆tk có giá trị trong khoảng

10 - 150C Chọn ∆tk = 100C; chọn độ chênh giữa nhiệt độkhông khí vào và ra khỏi bình ngưng là 80C Với nhiệtđộ không khí vào ở Tp.HCM = 370C ta có:

tk = 37 + 8 + 10 = 55 (0C)

IV.1.2 Xác định nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh:

- Nhiệt độ sôi t0 của tác nhân lạnh dùng để tính toánthiết kế có thể lấy như sau:

t0 = tb - ∆t0 [3]

tb: nhiệt độ trong thùng bảo ôn

∆t0: hiệu nhiệt độ yêu cầu Đối với dàn lạnh bay hơitrực tiếp t0 < tb từ 8 - 130C Như vậy, ∆t0 có giá trị trongkhoảng từ 8 - 130C Chọn ∆t0 = 80C ta có:

t0 = -18 - 8 = -26 (0C)

IV.1.3 Chọn chu trình lạnh:

- Để đảm bảo tối ưu chế độ làm việc, chọn chu trình lạnh 1cấp nén có quá nhiệt hơi hút và quá lạnh lỏng ngưng tụ.Chu trình được biểu diễn trên sơ đồ P_h của R22 như sau:

1' -1: Quá nhiệt hơi hút: ∆tqn = th - t0, th: nhiệt độ hơi hút vào máynén.

1 - 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P0 đến áp suấtcao Pk, đẳng entropi

2 - 2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệtxuống trạng thái bão hòa

2' - 3': Ngưng tụ môi chất đẳng áp, đẳng nhiệt

3' - 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp

3 - 4: Quá trình tiết lưu đẳng entalpi ở van tiết lưu

4 - 1': Quá trình bay hơi trong dàn bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt

- Độ quá nhiệt trong hồi nhiệt của hơi hút đối với R22 =

200C => nhiệt độ hơi hút vào máy nén là: th = ∆tqn + t0 =

h1 - h1' = h3' - h3 => h3 = h3' + h1' - h1.Tra bảng hoặc xác định trên đồ thị của R22 ta sẽ xácđịnh được các giá trị h3', h1' và h1 từ t0, th và tk Tính h3 theocông thức ở trên Từ giá trị h3 xác định được, dựng mộtđường thẳng song song trục P và cắt đường song song trục h

đi qua các điểm 2, 2', 3' trên giản đồ P_h Giao điểm đóchính là điểm 3 cần tìm Biết được vị trí điểm 3 ta sẽ biếtđược giá trị của t3

- Thông số của các điểm cần tính toán trên chu trình lạnhđã xác định được được cho trong bảng sau:

IV.2 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN:

IV.2.1 Tính chọn máy nén:

21844

- Năng suất thể tích thực tế của máy nén:

Vtt = mtt.v1 = 0,0306 x 127,158.10-3 ≈ 0,0039 (m3/s)

- Hệ số cấp của máy nén:

λ = λc λtl λk λw.λr[3]

λc: hệ số tính đến thể tích chết

λtl: hệ số tính đến tổn thất nhiệt do tiết lưu

λw: hệ số tính đến tổn thất do hơi hút vào xi-lanh bịđốt nóng

λr: hệ số tính đến tổn thất do rò rỉ môi chất quapittông, xi-lanh, secmăng và van từ khoang nén vềkhoang hút

- Công thức trên có thể được viết gọn lại thành:

0 0

0 0

P

P P P

P P C P

P

k k k

tl c

λ

Lấy ∆P0 = ∆Pk = 0,01 Mpa = 10000 Pa

m = 1 đối với máy nén freon

C = 0,04: tỉ số thể tích chết

5370

193600

10000193600

193600

100002163500

040193600

10000193600

40440

00390

,,

=

=λ

tt lt

V

- Hệ số lạnh của chu trình:

941554068477

93137

1 2

,,

q

ε

- Tỉ số nén:

119361

63521

0

≈

=

=Π

0096440

,,

- Chọn Z = 1 máy nén

IV.2.2 Tính động cơ lắp sẵn:

- Động cơ lắp vào máy nén phải có đủ công suất để bùđắp cho tất cả các tổn thất xảy ra trong quá trình vậnhành Các tổn thất công suất được cho trong sơ đồ sau:

mtt: lưu lượng khối lượng qua máy nén, kg/s

l: công nén riêng, kJ/kg; l = h2 - h1

N N

η

= (kW)

ηi: hiệu suất chỉ thị, hệ số kể đến tổn thất trong

ηi = λw' + b.to = 0 +0,001x(−26)=0,753+0,001x(−26)=0,727

180252

- Công nén hiệu dụng Ne: công nén có tính đến tổn thất

ma sát của các chi tiết máy nén

Ne = Ni + Nms

Với: Nms = Vtt.pms

pms: áp suất ma sát riêng Chọn pms = 0,049 MPa đốivới máy nén freon thẳng dòng

Ne = 3 + 0,0039 x 0,049.103 ≈ 3,2 (kW)

- Công suất điện: công suất đo được trên bảng đấu điện,có kể đến tổn thất truyền động

el tđ

e el

N N

η

η

= (kW)

Hiệu suất truyền động của khớp, đai ηtđ = 0,95

Hiệu suất động cơ: ηel = 0,8 - 0,95 Chọn ηel = 0,9

743390950

2

,,

- Công suất động cơ lắp đặt: Nđc

Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặtphải có công suất lớn hơn Nel Chọn hệ số an toàn là 2,1cho máy lạnh nhỏ do chế độ làm việc dao động lớn vàđiện lưới không ổn định

Nđc = 2,1 x Nel = 2,1 x 3,743 = 7,86 (kW)

Chọn động cơ lắp sẵn cho máy nén có công suất động cơ

Nđc = 8 (kW)

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

V.1 NHIỆT THẢI NGƯNG TỤ Q K :

- Nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ Qk (kW) là nhiệt lượng mànước làm mát hoặc không khí làm mát phải lấy đi

Qk = m.qk = m.(h2 - h3), kW

= 0,0306 x (477,8 - 256,52) = 6,77 (kW)

V.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA DÀN NGƯNG TỤ:

- Bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng là một chùm ốnglưỡng kim bố trí sole, bên trong là ống thép trơn, bênngoài là ống có cánh tròn dạng cánh ren bằng nhômvới các thông số kỹ thuật như sau:

o Đường kính trong của ống thép: dtr = 0,021 (m)

o Đường kính chân cánh: dng = 0,028 (m)

o Đường kính cánh: D = 0,049 (m)

o Bề dày đầu cánh: δd = 0,6 (mm)

o Bề dày chân cánh: δ0 = 1,1 (mm)

o Bước ống đứng: S1 = 0,052 (m)

o Bước ống dọc: S2 = 0,045 (m)

o Bước ống chéo: S2' = 0,052 (m)

V.3 TÍNH CHỌN DÀN NGƯNG TỤ:

- Chọn độ chênh lệch nhiệt độ của không khí trong bìnhngưng: ∆t = 80C

- Nhiệt độ không khí bên ngoài trong khi xe chuyển động: t1

3755

3745

2 1

1

lnln

t t

t t t

k k tb

(0C)

- Lượng không khí cần thiết để giải nhiệt bình ngưng:

84625037451

776

1 2

,).(

,)

Q G

846250

,,

G V

- Chọn số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí

z = 4, ta tìm được hệ số Cz = 1 Cz là hệ số hiệu chỉnh sựảnh hưởng của số hàng ống z theo chiều chuyển độngcủa dòng khí Cz được tra trong tài liệu [1] theo bảng sau:

1028

00520

0280052

,,

ng

ng S

d S

d S C

- Diện tích cánh của 1m ống:

)/(,,

.,,

,,

),,

(,

)(

m m x

x x

x

S

D S

d D F

C

đ C

ng C

2 3

2 2

2 2

75200035

0

106004901430035

02

02800490143

2

≈+

- Diện tích khoảng giữa các cánh của 1m ống:

06010

53

101110530280143

3

3 3

0

.,

).,

,(,,)(